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2014 年度 実績報告書

単層カーボンナノチューブの火炎合成への挑戦

研究課題

研究課題/領域番号 25630358
研究機関早稲田大学

研究代表者

野田 優  早稲田大学, 理工学術院, 教授 (50312997)

研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2015-03-31
キーワード単層カーボンナノチューブ / 火炎合成 / 連続合成 / 化学気相成長法 / ナノ粒子触媒
研究実績の概要

火炎合成CVD装置の更なる改良:H25年度には、予混合火炎・触媒原料ガス、触媒蒸気冷却ガス、CVDガスを独立供給する三重管バーナーと、CNT成長ゾーンでの反応ガスの冷却を防ぐ電気炉の併設の2つを検討した。単層カーボンナノチューブ(単層CNT)を再現良く生成できるようになったが、その収量は低かった。そこで、H26年度はこれらを全て組み合わせた装置を開発した。即ち、円管型反応炉の下方に二重管バーナーを設置、内側の管で予混合火炎を生成し触媒原料のフェロセンを分解してFe蒸気を生成し、外側の管よりArガスを供給し混合によりFe蒸気を冷却、Fe粒子を核生成させ反応炉に供給した。一方、CVDガスは反応炉の外側を覆う外管を上方から下方へと流通し、予熱した上で、反応炉下部から中心に向かうように合流させた。炭素原料にCH4を用い、単層CNTの収量を改善できた。
硫黄助触媒の添加による単層CNTの収量改善:単層CNTの収量を更に改善するため、助触媒として実績のある硫黄を添加した。下部の二重管バーナーの外管に硫黄を昇華・供給したところ、単層CNTの収量が顕著に増大し、反応炉出口のメンブレンフィルター上にペーパー状の自立膜として単層CNTを回収することができた。合成時間10 minで5 mg程度、連続操作であるため30 mg/h程度の生産性である。浮遊触媒CVD法で最も生産性の高いグループにて一回り大きな装置を用い100 mg/h程度の収量であり、かなりの収量に達したといえる。触媒のFeの混入が多いものの、ラマンスペクトルでは欠陥由来のDバンドはグラファイト構造由来のGバンドより顕著に小さく、高結晶性であることが分かった。この合成装置に対し、特許出願を行った。

  • 研究成果

    (12件)

すべて 2015 2014 その他

すべて 学会発表 (9件) (うち招待講演 6件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件)

  • [学会発表] カーボンナノチューブのカスタム合成:基板上合成,気相合成,流動層合成と,応用2015

    • 著者名/発表者名
      野田優
    • 学会等名
      化学工学会 反応工学部会 第10回反好会(反応工学部会若手会)講演会
    • 発表場所
      東京都大田区
    • 年月日
      2015-03-18
    • 招待講演
  • [学会発表] Custom production of carbon nanotubes for electronic and energy applications2015

    • 著者名/発表者名
      Suguru Noda
    • 学会等名
      University of Michigan-Waseda University Joint Symposium
    • 発表場所
      Ann Arbor, MI, USA
    • 年月日
      2015-03-13
  • [学会発表] Flame synthesis of single-wall carbon nanotube and control over the temperature field and reactions2015

    • 著者名/発表者名
      山口麻衣,長谷川馨,大沢利男,野田優
    • 学会等名
      第48回フラーレン・ナノチューブ・グラフェン総合シンポジウム
    • 発表場所
      東京都文京区
    • 年月日
      2015-02-21
  • [学会発表] カーボンナノチューブのカスタム合成:基板上合成、気相合成、流動層合成と、応用2014

    • 著者名/発表者名
      野田優
    • 学会等名
      粉体工学会 関東談話会「早稲田大学における粉体操作への取り組み」
    • 発表場所
      東京都新宿区
    • 年月日
      2014-12-16
    • 招待講演
  • [学会発表] Understand why carbon nanotubes form and customize how to produce carbon nanotubes2014

    • 著者名/発表者名
      Suguru Noda
    • 学会等名
      Waseda University & Singapore Polytechnic Joint Symposium 2014 on "Advanced Materials"
    • 発表場所
      Shinjuku-ku, Tokyo
    • 年月日
      2014-12-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient and controlled synthesis of carbon nanotubes for electrochemical energy storage devices2014

    • 著者名/発表者名
      Suguru Noda
    • 学会等名
      5th A3 Symposium on Emerging Materials - sp2 Nanocarbon for Energy 2014
    • 発表場所
      Tianjin, China
    • 年月日
      2014-10-21
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノチューブの触媒成長の理解、カスタム合成と応用2014

    • 著者名/発表者名
      野田優
    • 学会等名
      新化学技術推進協会 先端化学・材料技術部会 高選択性反応分科会シンポジウム
    • 発表場所
      東京都千代田区
    • 年月日
      2014-10-17
    • 招待講演
  • [学会発表] カーボンナノチューブの触媒成長の理解と用途に合わせたカスタム合成2014

    • 著者名/発表者名
      野田優
    • 学会等名
      H26 第2回九州大学分子・物質合成プラットフォームセミナー
    • 発表場所
      福岡県福岡市
    • 年月日
      2014-09-16
  • [学会発表] なぜを理解し、どう創る:カーボンナノチューブの触媒成長の理解と、用途に合わせたカスタム合成2014

    • 著者名/発表者名
      野田優
    • 学会等名
      広島大学大学院工学研究科・研究院 化学工学専攻 化学工学特別講演会
    • 発表場所
      広島県東広島市
    • 年月日
      2014-04-04
    • 招待講演
  • [備考] 野田研究室ホームページ

    • URL

      http://www.f.waseda.jp/noda/index-j.html

  • [備考] Noda Lab's Home Page

    • URL

      http://www.f.waseda.jp/noda/

  • [産業財産権] カーボンナノチューブの製造装置2015

    • 発明者名
      野田優,山口麻衣,大沢利男
    • 権利者名
      学校法人早稲田大学
    • 産業財産権種類
      特許特願2015-032114
    • 産業財産権番号
      特願2015-032114
    • 出願年月日
      2015-02-20

URL: 

公開日: 2016-06-01  

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